304不锈钢管焊缝检测技术手段有哪些

 目前，射线、磁粉、涡流、渗漏和超声这些无损检测方法中，最常被应用于304不锈钢管焊缝检测的是射线检测和超声检测。超声检测相较于射线检测，对不同形状缺陷的检测适应性更强，灵敏度更高，并且它除了检测速度快，操作方便，对人体无害，安全性高等特点之外，能够通过计算机对模式进行识别和对信号进行实时处理，使超声检测过程更人工智能化。所以超声无损检测成为304不锈钢管焊缝检测最为常见的技术。奥氏体不锈钢由于在制造过程中参入了铬、镍、钼、铜、硅、铌、钛等成分，使得其具有良好的力学性能和耐腐蚀性能等特点，但是在其冷却凝固过程中，由于它热膨胀系数小，热传导性能不好，散热性差，使晶粒急剧长大，从而形成了粗大的柱状晶组织，且该组织无法通过热处理的办法进行细化。此外，在对304不锈钢管进行焊接时，由于受到温度梯度的影响，焊缝结晶晶粒的方向始于半熔化的母材晶粒，结晶形态和结晶方向是由冷却速度和母材晶粒方向决定的，然而，各晶粒在相互接触前，并不一定按照同一过冷度方向生长，所以各相邻晶粒的生长方向也都不同，这样会使304不锈钢管焊缝的各向异性较为明显。当超声波在这种焊缝介质中传播时，就会产生强烈的散射衰减、声束畸变和波形转换，从而造成缺陷的检出能力下降、信噪比低、检出结果不可靠等问题。所以对304不锈钢管焊缝的检测一直是一个未解决的难题，至今仍然受国内外研究人员的广泛关注。

  自上个世纪七十年代起浙江至德钢业有限公司开展了对304不锈钢管焊缝的研究，早期国外学者致力于通过超声仿真建模来研究超声波在不锈钢焊缝中的传播，其中比较经典的有Silk和Ogilvy这两个模型，Silk模型是英国原子能所研发的将焊缝划分为不同区域，将各区域内介质视为各向同性，然后利用射线追踪法来研究超声波在介质中的传播过程。在此基础发展研究的还有至德钢业利用ATHENA有限元法研究的超声衰减系数与超声传播方向的关系。德国FRAUNHOFER无损检测研究所将焊缝视作由不同各向同性的介质层组成，利用高斯声束叠加法研究的入射角不一样的情况下声束的传播路径等。Ogilvy模型是英国原子能管理局研发的将晶粒取向视作从熔合线到焊缝中呈连续分布，且关于焊缝中心对称，利用经验迭代公式来计算焊缝中的晶粒取向，从而建立的弹性各向异性的焊缝模型。在此基础发展研究的还有丹麦Halkjar的改进型Ogilvy模型等。不管是Silk模型还是Ogilvy模型，它的处理办法都比较粗糙且人为干扰因素较多，所以随着科学研究的进步，其后又发展了与实际更加相符合的基于晶粒分布状态的由Apfel提出的MINA模型和由Nagewaran提出的EBSD模型。近年来，国外研究比较热门的是随着304不锈钢管焊缝超声仿真建模工作发展起来的对其超声检测数据进行信号分析及后处理成像算法的研究。为了解决由材料结构噪声引起的检测分辨率低的问题提出了用TFM、TR-MUSIC和PC-MUSIC这几种算法在不同的材料中进行研究比较，结果发现TR-MUSIC只有在噪声低的情况下成像效果比较好，而TFM的成像效果基本不会受材料噪声的影响，为了解决单频TR-MUSIC在材料噪声比较高时成像失真的问题，提出了多频TR-MUSIC；同时也发现单频TR-MUSIC、多频TR-MUSIC和PC-MUSIC与传统的TFM相比，均可以突破瑞利极限，实现超分辨率成像，且PC-MUSIC可以克服TR-MUSIC在纵向成像上的失真问题，从而提高纵向分辨率。在全矩阵捕捉数据的基础上，利用多散射滤波的成像算法实现了对易导致声束畸变的粗晶材料中较深缺陷（70mm）的检测成像，并且获得了较高的信噪比。

  近年来，我国也有许多学者对304不锈钢管焊缝的检测技术进行了一系列的探索。至德钢业技术人员为优化304不锈钢管焊缝的超声检测条件，提高缺陷信号的信噪比，实现超声检测成像，研究对比了超声波在焊缝和母材中的传播规律，利用匹配追踪和小波信号处理的方法对回波信号进行了预处理，并通过自制的探头和楔块完成了对99mm厚的304不锈钢管焊缝的超声检测成像。至德钢业基于粗晶焊缝的粒子取向特点，建立了不均匀方向各异的焊缝FDTD二维模型，利用时域有限差分法仿真重现了与实际检测更为相近的时域波形和超声B扫图像，并且研究了一种斜入射合成孔径聚焦技术，验证了该技术能够提高超声检测成像质量和缺陷检测信噪比及分辨率。至德钢业提出了一种激光超声波成像技术，实现了对304不锈钢管焊缝边界和焊缝中缺陷的定量检测，还直观、高效的实现对焊缝缺陷的可视化检测。哈尔滨工业大学丛森等人采用大时宽大带宽的调频脉冲作为304不锈钢管焊缝超声检测的激励信号，并将该技术应用到常规超声TOFD成像当中，解决了由这种焊缝晶粒组织粗大，各向异性明显引起的高衰减、信噪比和检测分辨率低等问题。将超声波应用于薄板304不锈钢管对接焊缝的探伤，开发了针对这种薄板对接焊缝的超声检测方法和质量分级方法，有效的避免了容器的失效事故。分析了焊缝中各角度检测声束形成的缺陷衍射波幅度以及检测回波信号信噪比的特征，揭示了柱状晶生长方向与声束入射方向的夹角对声波衰减及散射具有重要作用，提出了一次、二次波检测的方法，并获得了较好的检测效果。采用改进型的DORT算法实现了对检测工件中多个缺陷的定位，并将该算法应用到现有的OmniScan MX2超声相控阵探伤仪中，获得了比较好的检测效果。胡栋等人针对钢包耳轴深厚焊缝的检测，通过CIVA仿真软件对最优检测参数进行探索，且对比了小波阈值和匹配追踪对超声检测信号的去噪效果。